运用C8051F340的数据采集系统电路设计
本文以带有片上USB 控制器和D/A 转换器的高度集成处理器C8051F340为核心器件,采用SD 卡存储技术利用USB 总线、虚拟仪器实现软件LabVIEW 设计图形用户界面,设计一款低成本数据采集器。该数据采集器可与PC 机共同实现数据采集与分析,也可长时间独立工作于工业现场,并将采集数据存放于大容量SD 卡,便于数据收集并利用计算机分析。
系统的硬件设计主要是数据采集模块。由于C8051F340内部集成了高精度时钟源、USB 控制器、电压调节器、A/D 转换器以及用于A/D 转换的参考电压源等丰富的片上外设,因此在对数据采集模块硬件设计时,无需扩展上述电路,使得系统硬件结构简单,集成度高,可靠性好。如图所示,通过片上USB 接口,C8051F340与PC 机相连,从PC 机USB 接口+5 V 端提取电源输入至REGIN 引脚,内部电压调节器提供+3.3 V 电压。SD 卡等元件的供电也由PC 机USB 接口提供,但需经+5 V 至+3.3 V 的电压转换电路。此外,系统还具有独立的电源模块,应对系统独立运行而现场USB 不能供电的情况。C8051F340通过其片上P00~P03引脚与SD 卡连接,实现SPI 模式通信。需要说明的是:P01与D0和P02与DI 的两条连接线应该分别接10 kΩ和100 kΩ的上拉电阻,图2中省略。系统还设计了复位按键,用于下载程序代码和进行调试的10针下载调试接口,用于对被测信号限幅和防混叠滤波的预处理。PC 机和数据采集模块互连的USB 连接线应选用带有双磁环保护的连接线,以保护数据采集模块由于USB 经常连接带电拔插或其他干扰而遭受损坏。
本文设计的数据采集器利用高度集成的器件C8051F340实现数据A/D 转换、USB总线通信和系统控制,可与计算机联机,也可利用大容量SD 卡长时间现场独立工作,数据采集方便。该数据采集器仅采用C8051F340一个主器件,结构简单,工作稳定,体积小,成本低,现已成功用于工业现场。
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